[发明专利]三相逆变电源控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及三相逆变器电源的主电路结构及其该结构电路的控制方法，特别适用于三相任意不平衡负载，也适用于三相逆变电源平衡负载，比如：光伏发电系统中的三相逆变器、工控三相逆变电源的不平衡负载等。

背景技术

三相逆变电源是目前广泛应用的一种电力电子装置，在很多民用场合，通常都要求三相逆变器具有同时向平衡/不平衡、线性/非线性负载的供电能力。理想情况下，三相逆变电源的输出不受负载的影响，但是实际的电源都有一定的输出阻抗，传统的三相逆变器在向不平衡负载供电时会产生三相输出电压的不平衡，导致输出电压波形畸变。负载不平衡造成的原因有：三相负载不平衡(单相空载，两相空载，三相负载阻抗不均等)、三相变压器及交流滤波电抗器参数不对称。三相逆变器工作在不平衡负载情况下，要确保三相输出电压平衡，通常用一种电路拓扑结构和在该电路拓扑结构下的控制方法才能满足三相不平衡负载输出电压的平衡。

常见的三相逆变电源电路拓扑结构有以下几种形式：

(1)组合式三相逆变拓扑：该结构比较复杂，实质上是由3个互差120°的单相全桥逆变器组成。组合式三相逆变器的主电路采用三个单相桥，其输出通过三个单相变压器耦合成三相电路，可以采用三套独立的控制电路以解决三相输出电压不平衡的问题，但由于其使用的开关管较多，控制较复杂。

(2)分裂电容式三相逆变拓扑：该结构是将三相负载的中性点连接到传统三相逆变器的直流侧电容中点，这时三相逆变器等效成为三个独立的单相半桥，可以采用三相分别控制来保证负载不平衡时仍能保持三相输出电压的对称。但此电路存在的缺点是，中性电流直接流过直流链接电容，需要较大的直流滤波电容，增大了成本；此外，两个串联的电容还存在均压的问题，直流电压利用率低。

(3)三相四桥臂逆变拓扑：该结构是在传统的三相逆变拓扑基础上增加了一个第四桥臂，并将负载中性点与第四桥臂中点相连，因此它可直接对中性电流进行控制，具有固有的不平衡处理能力、无需大的直流链接电容和直流电压利用率高的优点。但开关频率低限制了调节带宽，增加一个桥臂也增加了成本，同时开关管控制顺序也相应较复杂，这样易造成开关管误触发，也不适用于输入输出电隔离的逆变器。

在控制方法方面，传统的三相逆变器的控制方法(对称分量法)，其典型工作框图如图1所示，由于三相不对称输出电压中有正序、负序和零序分量存在，对三相逆变器的负载电流分别分解成正序、负序和零序分量，这样就能对各自的单相等效电路求得输出电压的三组对称分量，再利用叠加原理可得总的输出电压，在同步旋转坐标系的PI控制器作用下能使输出电压很好的跟踪参考正弦。但是这种控制器的积分项对于不平衡运行的影响的补偿作用是有限的。如果采用两组PI控制器，一组在同步旋转坐标系的PI控制器用于正序分量的调节，另一组在反向旋转坐标系的PI控制器则补偿负序分量的影响。这种方法改善了逆变器输出的性能，但对于零序分量引起的输出电压不对称依然存在。如果逆变器加入第4桥臂虽然可削弱零序畸变，但开关频率低限制了调节带宽，这也不适用于输入输出电隔离的逆变器，同时增加一个开关桥臂，控制复杂，成本也较高。

通过对称分量法把任意三相不平衡相量分解为三组平衡的三相正序分量、负序分量和零序分量，再用dq变换，通过正序旋转控制器与负序旋转控制器并行控制，使逆变器在带不平衡度较小负载时能基本维持三相平衡的输出电压，如果不平衡度较大，效果很不理想，通过一组仿真数据分析，结果如图2所示，在A相额定负载，B、C相空载和A相额定负载、B相200％负载、C相空载时，其线电压最大之差有8.9V和12.7V。因此这种控制方法获得的输出电压波形质量不高。并且该控制算法计算量大而复杂，即使采用先进的高速DSP数字信号处理，在实际应用中也很难达到实时性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提出了三相逆变电源不平衡负载主电路结构以及针对该主电路结构的控制方法和相应的装置，其具体做法是：

三相逆变电源控制方法，包括：由6个功率开关管组成的三相三桥臂逆变桥、由三相滤波电抗器和三相滤波电容构成的输出滤波电路以及三相升压/降压隔离变压器Δ/Y所构成的主电路，采用对输出三相负载电压进行分相PI比例积分控制，使三相逆变电源在任意线性或非线性不平衡负载情况下，维持三相输出电压的平衡。

用分相控制的方法，确保逆变电源在不平衡负载(线性/非线性)时能始终维持三相逆变电源输出电压的对称、三相幅度相等、电压波形不畸变、输出电压质量高、保证负载能正常地工作。